2018 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication and Micro/Nano Structure Control of High Entropy Alloys by Advanced Processing
| Project Area | High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity |
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| Project/Area Number |
18H05455
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
辻 伸泰 京都大学, 工学研究科, 教授 (30263213)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飴山 惠 立命館大学, 理工学部, 教授 (10184243)
安田 秀幸 京都大学, 工学研究科, 教授 (60239762)
千葉 晶彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00197617)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | プロセス / 組織制御 / 凝固 / 粉末治金 / 3Dプリンティング / X線CT / 超微細粒 / 調和組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多成分状態図の中央近傍の化学組成を持つハイエントロピー合金は、高温でのエントロピー効果や多種類に及ぶ各元素間の引力／斥力相互作用、遅い原子拡散、大きな格子ひずみといった特徴が複雑に作用して、凝固時及びその後の加工・熱処理中に、従来金属・合金とは大きく異なるミクロ組織形成を生じると考えられる。本計画研究は、凝固・鋳造、加工熱処理、粉末冶金、3D プリンティングという、４種類の重要プロセスを通じてハイエントロピー合金のナノ・ミクロ組織やマクロ形態の制御を行い、ハイエントロピー合金特有の組織形成過程と機構を明らかにするとともに、ナノ・ミクロ組織と種々の特性の相関関係を明らかにして、望ましい特性の合金を作製するためのプロセス指針を獲得することを目的とする。
平成30年度には、FCC 単相固溶体が安定で研究例も多いCoCrFeMnNi ハイエントロピー合金を計画班内の共通試料として主に用い、BCC単相系を含むその他の特徴的なハイエントロピー合金も用いて、４つのプロセスに関する以下の研究を実施した。
＜凝固・鋳造＞ (i) 凝固ダイナミクスの解明、(ii) 凝固に関わる物性値の測定。以上の項目に関する研究を、本年度確立した放射光時間分解X 線イメージングや蛍光X 線分析などの手法を駆使して実施した。
＜加工・熱処理＞ (i) ハイエントロピー合金のバルクナノメタル化、(ii) 組織と力学特性の相関の解明。
＜粉末冶金＞ (i) ハイエントロピー合金粉末の作製、(ii) 調和組織制御した固化成形体の作製、(iii) 力学特性と調和組織パラメータの関係の解明。
＜3D プリンティング＞ (i) 緻密化条件と材料の熱融体物性の相関の解明、(ii) 電子ビーム溶解・凝固の数値流体力学シミュレーション。以上をBCC単相ハイエントロピー合金について実行し、積層造形に適した合金系を選択することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
第一年度である本年度は、まずそれぞれのプロセスを実行するための実験環境の構築や、適切な合金選択のための予備実験に注力した。当初計画していた実験を順調に実施することができた。一部については当初計画していた範囲以上に研究が進行し、興味深い結果を得ることができた。
得られた成果を、18件の学術雑誌論文、１件の解説・総説論文、９件の招待講演、９件の国際会議発表、11件の国内学会発表として公表したほか、大学院生が２件の賞を受賞している。参画する各研究室の多くの学生と若手ポスドク研究員がハイエントロピー合金に関する研究を行い、先端的な研究を通じて若手人材育成にも貢献できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
京大・辻、京大・安田、立命大・飴山、東北大・千葉が、それぞれ加工・熱処理、凝固・鋳造、粉末冶金、3D プリンティングの各プロセスを担当し、各研究室の連携研究者、ポスドク、大学院生とともに、研究室間の緊密な連携を取りつつ研究を推進する。J-PARC・ハルヨは連携研究者として加工熱処理中の中性子その場回折実験を補助する。領域内の他班の研究者や公募研究者などとの共同研究を通じて、ハイエントロピー合金に関する新学術の創成に寄与するとともに、ハイエントロピー合金の実用化を見通した基礎的知見の蓄積を行う。
平成31年度は、前年度にそれぞれ確立した実験環境・条件を用いてFCC単相構造を有するハイエントロピー合金の組織解析・特製解明に関する研究を深化させるとともに、高温材料として期待される高融点BCCハイエントロピー合金の研究にも着手する。４つのプロセスそれぞれの研究項目は以下の通りである。
＜凝固・鋳造＞ (i) 対象ハイエントロピー合金の凝固ダイナミクスの解明、および(ii) 凝固に関わる物性値の測定。いずれも前年度SPring-8において構築した放射光時間分解X 線イメージングや蛍光X 線分析などの手法を駆使する。
＜加工・熱処理＞ (i) バルクナノメタル化したハイエントロピー合金の力学特性の解明、(ii) HfNaTaTiZr高融点BCCハイエントロピー合金の高温加工熱処理時の変形機構と組織形成機構の解明。
＜粉末冶金＞ (i) ハイエントロピー合金粉末の作製、(ii) 調和組織制御した固化成形体の作製、(iii) 力学特性と調和組織パラメータの関係の解明。
＜3D プリンティング＞ (i) 前年度の探索の結果選定したHfNbMoTaTi高融点BCCハイエントロピー合金の高品質粉末の作製、(ii) ハイエントロピー合金粉末の電子ビーム走査・積層造形実験。
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[Journal Article] ハイエントロピー合金におけるミクロ組織制御の可能性2018
Author(s)
辻 伸泰、朴 魯謹、李 翔、Rajeshwar, Reddy Eleti、吉田周平、Tilak Bhattacharjee、白 玉、Pinaki Prasad Bhattacharjee、黒川 修
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Journal Title
まてりあ
Volume: Vol.57, No.7
Pages: 317-322
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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